Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды
В статье рассмотрена проблема нечеткого управления процессом регенерации ионообменной смолы в
 промышленных установках умягчения воды. Приведено исследование технологии и особенностей процесса,
 разработана модель системы нечеткого управления процессом, проведен численный анализ разр...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7937 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды / А.Н. Шушура, И.А. Тарасова, Ю.С. Лапшин // Штучний інтелект. — 2009. — № 2. — С. 168-172. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860105006885109760 |
|---|---|
| author | Шушура, А.Н. Тарасова, И.А. Лапшин, Ю.С. |
| author_facet | Шушура, А.Н. Тарасова, И.А. Лапшин, Ю.С. |
| citation_txt | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды / А.Н. Шушура, И.А. Тарасова, Ю.С. Лапшин // Штучний інтелект. — 2009. — № 2. — С. 168-172. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | В статье рассмотрена проблема нечеткого управления процессом регенерации ионообменной смолы в
промышленных установках умягчения воды. Приведено исследование технологии и особенностей процесса,
разработана модель системы нечеткого управления процессом, проведен численный анализ разработанной
модели.
У статті розглянута проблема нечіткого управління процесом регенерації іонообмінної смоли в
промислових установках зм’якшення води. Наведене дослідження технології та особливостей процесу,
розроблена модель системи нечіткого управління процесом, проведений чисельний аналіз розробленої
моделі
The article deals with the problem of ionite metabolic tar regeneration process in industrial sets for water
softening. Study of technology and characteristics of the process has been done; a model of the system of
unclear controlling the process has been developed; the numerical analysis of the developed model has been
given. The results obtained can be used for creating the system of automated control of the ionite metabolic
tar regeneration process in industrial sets for water softening.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:30:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 2’2009 168
4Ш
УДК 004.896
А.Н. Шушура, И.А. Тарасова, Ю.С. Лапшин
Государственный университет информатики и искусственного интеллекта,
г. Донецк, Украина
Нечеткое управление процессом регенерации
ионообменной смолы в промышленных
установках умягчения воды
В статье рассмотрена проблема нечеткого управления процессом регенерации ионообменной смолы в
промышленных установках умягчения воды. Приведено исследование технологии и особенностей процесса,
разработана модель системы нечеткого управления процессом, проведен численный анализ разработанной
модели.
Введение
В подавляющем большинстве отраслей промышленности вода используется в
технологических процессах производства. Избыток солей жесткости приводит к за-
растанию нагревательных элементов и отложению на них карбонатов. По нормам
ВОЗ оптимальной жесткостью питьевой воды считается 1 – 2 мг-экв/л. Средняя жест-
кость воды для Донецка и Донецкой области приблизительно равна 8 мг-экв/л., поэтому
для отечественных предприятий актуальна очистка воды от солей жесткости, или,
другими словами, умягчение воды.
Наиболее простой и экономичный способ очистки от солей жесткости – ион-
ный обмен. Производительность установок определяется их размером и содержанием
ионообменной смолы. Самыми распространенными среди них являются установки
VAT 5400/3900/1800/3, которые могут применяться как в небольших системах водо-
подготовки (малые производства), так и в крупных производственных комплексах
очистки сточных вод, водоподготовки. В качестве регенерирующего агента исполь-
зуют 6 – 12 % раствор хлорида натрия. При проведении регенерации противотоком
значительно улучшается качество регенерации. Регенерация может производиться по
истечении заданного периода времени или после пропуска определенного количества
очищенной воды.
Умягчение воды на установках осуществляется методом натрий-катионирова-
ния. При фильтровании исходной воды через слой ионообменной смолы происходит
замещение ионов Ca и Mg на ионы Na. Для загрузки в корпуса фильтров используются
импортные сильнокислотные катионообменные смолы в Na-форме.
Постановка задачи
В ходе регенерации важно следить за тем, чтобы в солевых баках всегда присутст-
вовал заметный избыток нерастворенной соли, что гарантирует получение насыщенного
рассола для полной регенерации ионообменной смолы. В обязанности обслуживаю-
щего персонала входит слежение за наличием достаточного количества соли в баке
солерастворения. Поскольку выражение «достаточное количество соли» не имеет чет-
кого количественного значения, то для описания задачи управления целесообразно
применить аппарат нечеткой логики.
Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы...
«Штучний інтелект» 2’2009 169
4Ш
В данной работе решаются следующие задачи:
– разработка модели нечеткого управления процессом регенерации ионообменной
смолы в промышленных установках умягчения воды;
– формирование базы правил системы нечеткого вывода;
– выбор и реализация алгоритма нечеткого вывода;
– численный анализ модели нечеткого управления.
Разработка модели нечеткого управления процессом
регенерации ионообменной смолы
в промышленных условиях
С целью автоматизации процесса очистки и смягчения воды, необходимо внести
изменения в структуру системы управления установкой, введя блок нечеткого регу-
лирования рис. 1.
Рисунок 1 – Модель процесса нечеткого управления
В качестве входных переменных (рис. 1) используются:
– уровень нерастворенной соли в баке солерастворения (1), который на этапе фаззи-
фикации преобразуется в лингвистическую переменную α, терм-множество которой
Т1 ={«очень низкий», «значительно низкий», «низкий», «недостаточный», «достаточ-
ный»} с функциями принадлежности, изображенными на рис. 2а;
– жесткость воды в магистральном трубопроводе (2), которая на этапе фаззифи-
кации преобразуется в лингвистическую переменную σ, терм-множество которой
Т2 ={«максимальная», «нормальная», «минимальная»} с функциями принадлежности,
изображенными на рис. 2б.
В блоке нечеткого регулирования проводится обработка входных переменных,
результатом которой является переменная β – «количество засыпаемой соли», терм-
множество которой Т3={«очень большое», «большое», «небольшое», «малое», «соль не
засыпается»} с функциями принадлежности, изображенными на рис. 3.
Датчики уровня
нерастворенной соли в
солевом баке
вода
Солевой
бак
База правил нечетких
продукций
Фаззифи-
кация
Нечеткий
вывод
Дефаззифи-
кация
текущий объем соли
y
α
σ
1
2
β
Блок нечеткого регулирования
Шушура А.Н., Тарасова И.А., Лапшин Ю.С.
«Искусственный интеллект» 2’2009 170
4Ш
а)
б)
Рисунок 2 – Графики функций принадлежности для термов лингвистической
переменной α (а) и лингвистической переменной σ (б)
Рисунок 3 – График функций принадлежности для термов выходной
лингвистической переменной β
На выходе блока нечеткого регулирования проводится преобразование перемен-
ной β в четкую величину у, определяющую объем засыпаемой соли в бак солераст-
ворения, необходимый для получения насыщенного рассола, который используется
для регенерации ионообменной смолы.
База правил системы нечеткого вывода представляет собой конечное множество
правил нечетких продукций, согласованных относительно используемых в них линг-
вистических переменных.
мг-экв/л.
1
0
минимальная
нормальная
максимальная
1 2 5 8 12
1
25 0 47 60 83 93 130 140
очень
низкий
значительно
низкий низкий
недостаточный
достаточный
180 см
1
0
малое небольшое большое очень большое
130 200 230 300 400 430 700 кг
Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы...
«Штучний інтелект» 2’2009 171
4Ш
В данной задаче система нечеткого вывода будет содержать 9 правил нечетких
продукций следующего вида:
1) ЕСЛИ α = «очень низкий», ТО β = «очень большое»;
2) ЕСЛИ α = «значительно низкий», ТО β = «большое»;
3) ЕСЛИ α = «низкий» и σ = «максимальная», ТО β = «большое»;
4) ЕСЛИ α = «низкий» и σ = «нормальная», ТО β = «небольшое»;
5) ЕСЛИ α = «низкий» и σ = «минимальная», ТО β = «небольшое»;
6) ЕСЛИ α = «недостаточный» и σ = «максимальная», ТО β = «небольшое»;
7) ЕСЛИ α = «недостаточный» и σ = «нормальная», ТО β = «малое»;
8) ЕСЛИ α = «недостаточный» и σ = «минимальная», ТО β = «малое»;
9) ЕСЛИ α = «достаточный», ТО β = «соль не засыпается».
Модель нечеткого управления (рис. 1) строится с учетом необходимости реали-
зации всех этапов нечеткого вывода, а сам процесс вывода реализуется на основе
наиболее распространенного алгоритма нечеткого вывода – алгоритма Мамдани.
Реализация алгоритма Мамдани включает в себя выполнение следующих этапов:
1. Фаззификацию входных переменных.
2. Агрегирование подусловий в нечетких правилах продукций (для нахождения
степени истинности условий каждого из правил нечетких продукций используется не-
четкая конъюнкция).
3. Активизацию подзаключений в нечетких правилах. В данном случае приме-
няется метод min-активизации
)},(,min{)( хcх i
где µ(х) – функция принадлежности терма, который является значением выходной
переменной, заданной на универсуме Х.
4. Аккумуляцию заключений нечетких правил продукций.
5. Дефаззификацию выходных переменных. Применяется метод центра тяжести:
dxx
dxxx
y
max
min
max
min
)(
)(
,
где х – переменная, соответствующая выходной лингвистической переменной;
μ(х) – функция принадлежности нечеткого множества, соответствующего выход-
ной переменной после этапа аккумуляции;
min и max – левая и правая точки интервала носителя нечеткого множества вы-
ходной переменной.
Анализ работы разработанного алгоритма
Программная реализация алгоритма осуществлена в среде MATLAB. Содержа-
щая специальные средства нечеткого моделирования, система MATLAB позволяет
выполнять весь комплекс исследований по разработке и применению нечетких моде-
лей. Задание лингвистических переменных и функций принадлежности их термов в
графическом режиме, а также визуализация правил позволяют существенно уменьшить
трудоемкость разработки нечеткой модели, снизить количество возможных ошибок
и сократить общее время нечеткого моделирования.
С целью установления адекватности разработанного алгоритма нечеткого вы-
вода был проведен анализ результатов нечеткого вывода при различных значениях
входных переменных (табл. 1).
Шушура А.Н., Тарасова И.А., Лапшин Ю.С.
«Искусственный интеллект» 2’2009 172
4Ш
Таблица 1 – Анализ результатов нечеткого вывода
№
опыта
Входная
переменная
«Уровень
нерастворенной
соли»
Входная
переменная
«Жесткость
воды»
Выходная
переменная
«Количество
засыпаемой
соли»
Засыпаемое
количество соли
1 25 6 546 540
2 55 3 355 360
3 130 3 87,9 90
4 130 12 220 215
5 93 8 218 220
6 93 2 93 100
7 73 3 219 220
8 100 4 85,2 100
9 140 4 0 0
10 150 1 0 0
Незначительное отклонение результатов работы алгоритма от принятых опера-
тором установки решений по засыпке соли подтверждает адекватность разработанной
модели нечеткого управления.
Выводы
Таким образом, на основе изучения технологии и особенностей процесса, раз-
работан алгоритм системы нечеткого управления процессом регенерации ионообменной
смолы. Проведен численный анализ разработанного алгоритма модели с целью провер-
ки его адекватности для различных вариантов значений входных переменных.
Полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего совершенст-
вования модели и алгоритма управления с целью создания системы автоматизиро-
ванного управления процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных
установках умягчения воды.
Литература
1. Борисов В.В. Нечеткие модели и сети / Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов А.С. – М. : Горячая
линия – Телеком, 2007. – 284 с.
2. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH / Леоненков А.В. – СПб. :
БХВ-Петербург, 2003. – 736 с.
3. Круглов В.В. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети / Круглов В.В. – М. : Физматлит,
2001. – 224 с.
О.М. Шушура, І.О. Тарасова, Ю.С. Лапшин
Нечітке управління процесом регенерації іонообмінної смоли
в промислових установках зм’якшення води
У статті розглянута проблема нечіткого управління процесом регенерації іонообмінної смоли в
промислових установках зм’якшення води. Наведене дослідження технології та особливостей процесу,
розроблена модель системи нечіткого управління процесом, проведений чисельний аналіз розробленої
моделі.
A. Shushura, I. Tarasova, Yu. Lapshin
Fuzzy Control of Ionite Metabolic Tar Regeneration Process in Industrial Sets for Water Softening
The article deals with the problem of ionite metabolic tar regeneration process in industrial sets for water
softening. Study of technology and characteristics of the process has been done; a model of the system of
unclear controlling the process has been developed; the numerical analysis of the developed model has been
given. The results obtained can be used for creating the system of automated control of the ionite metabolic
tar regeneration process in industrial sets for water softening.
Статья поступила в редакцию 10.03.2009.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7937 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:30:47Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шушура, А.Н. Тарасова, И.А. Лапшин, Ю.С. 2010-04-22T14:03:17Z 2010-04-22T14:03:17Z 2009 Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды / А.Н. Шушура, И.А. Тарасова, Ю.С. Лапшин // Штучний інтелект. — 2009. — № 2. — С. 168-172. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7937 004.896 В статье рассмотрена проблема нечеткого управления процессом регенерации ионообменной смолы в
 промышленных установках умягчения воды. Приведено исследование технологии и особенностей процесса,
 разработана модель системы нечеткого управления процессом, проведен численный анализ разработанной
 модели. У статті розглянута проблема нечіткого управління процесом регенерації іонообмінної смоли в
 промислових установках зм’якшення води. Наведене дослідження технології та особливостей процесу,
 розроблена модель системи нечіткого управління процесом, проведений чисельний аналіз розробленої
 моделі The article deals with the problem of ionite metabolic tar regeneration process in industrial sets for water
 softening. Study of technology and characteristics of the process has been done; a model of the system of
 unclear controlling the process has been developed; the numerical analysis of the developed model has been
 given. The results obtained can be used for creating the system of automated control of the ionite metabolic
 tar regeneration process in industrial sets for water softening. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Нейросетевые и нечеткие системы Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды Нечітке управління процесом регенерації іонообмінної смоли в промислових установках зм’якшення води Fuzzy Control of Ionite Metabolic Tar Regeneration Process in Industrial Sets for Water Softening Article published earlier |
| spellingShingle | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды Шушура, А.Н. Тарасова, И.А. Лапшин, Ю.С. Нейросетевые и нечеткие системы |
| title | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды |
| title_alt | Нечітке управління процесом регенерації іонообмінної смоли в промислових установках зм’якшення води Fuzzy Control of Ionite Metabolic Tar Regeneration Process in Industrial Sets for Water Softening |
| title_full | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды |
| title_fullStr | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды |
| title_full_unstemmed | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды |
| title_short | Нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды |
| title_sort | нечеткое управление процессом регенерации ионообменной смолы в промышленных установках умягчения воды |
| topic | Нейросетевые и нечеткие системы |
| topic_facet | Нейросетевые и нечеткие системы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7937 |
| work_keys_str_mv | AT šušuraan nečetkoeupravlenieprocessomregeneraciiionoobmennoismolyvpromyšlennyhustanovkahumâgčeniâvody AT tarasovaia nečetkoeupravlenieprocessomregeneraciiionoobmennoismolyvpromyšlennyhustanovkahumâgčeniâvody AT lapšinûs nečetkoeupravlenieprocessomregeneraciiionoobmennoismolyvpromyšlennyhustanovkahumâgčeniâvody AT šušuraan nečítkeupravlínnâprocesomregeneracíííonoobmínnoísmolivpromislovihustanovkahzmâkšennâvodi AT tarasovaia nečítkeupravlínnâprocesomregeneracíííonoobmínnoísmolivpromislovihustanovkahzmâkšennâvodi AT lapšinûs nečítkeupravlínnâprocesomregeneracíííonoobmínnoísmolivpromislovihustanovkahzmâkšennâvodi AT šušuraan fuzzycontrolofionitemetabolictarregenerationprocessinindustrialsetsforwatersoftening AT tarasovaia fuzzycontrolofionitemetabolictarregenerationprocessinindustrialsetsforwatersoftening AT lapšinûs fuzzycontrolofionitemetabolictarregenerationprocessinindustrialsetsforwatersoftening |